1模块一计算机网络基础.docx
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1模块一计算机网络基础
模块一计算机网络基础
模块概述
本模块通过大量的实例及图片讲解网络的相关知识及局域网的组网的必备知识，从认知的角度让学生了解网络标准化组织和通信协议；通过大量的实践让学生掌握各种网络传输介质及其选用的场的场合；能根据网络的需求来决定和选择网络设备的数量及类型；并通过一个具体的实例让学生学会根据网络拓扑结构进行网络的结构布线。
完成本模块的学习后，你将学会：
1．网络的相关知识及局域网的组成及种类；
2．认识网络的组织；
3．通信协议；
4．网络与通信技术
5．网络的拓扑结构
任务一认识网络
本任务中，你将通过3个层面认识局域网，即：
①在考察网络的基础上认识网络分类，进而认识局域网和网络的关系；
②从观察中认识局域网的组成
③从现实和资料查阅中认识网络的种类
一、考察网络的发展与分类
1．网络的发展
早期的计算机系统是高度集中的，所有的设备安装在单独的大房间中，后来出现了批处理和分时系统，分时系统所连接的多个终端必须紧接着主计算机。
20世纪50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了计算机网络的雏形。
做一做
请阅读下面一段知识窗，思考并完成相关内容。
根据网络的发展特性，根据下图中表示的每一阶段网络结构图，其中“○”表示终端，“●”表示计算机，“□”。
为相应的图配相应的文字说明，简要写明此阶段网络的特征。
第1代第2代
特征特征
第3代第4代
特征特征
知识窗
第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。
典型应用是由一台计算机和多个终端组成的应用系统。
这里所谓的终端是指一台计算机的外部设备包括显示器和键盘，但无CPU和内存。
这时的网络被定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”，但这样的通信系统已具备了通信的雏形。
第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来协同工作的系统。
它兴起于20世纪60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的Arpanet。
这种网络的特点是：
主机之间不是直接用线路相连，而是接口报文处理机IMP转接后互联的。
网络中互联的主机负责运行程序，提供资源共享。
但两个主机间通信时对传送信息内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵守一个共同的约定，这时就出现了通信协议。
20世纪70年代至80年代中第二代网络得到迅猛的发展。
这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机集合体”，形成了计算机网络的基本概念。
第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。
如图1.1。
ISO在1984年颁布了OSI／RM，该模型分为7个层次，也称为OSI七层模型，公认为新一代计算机网络体系结构的基础，为普及局域网奠定了基础。
通信技术的发展
计算机网络开放标准化计算机的互联
大规模生产，降低成本
图1.1网络开放标准化
第四代计算机网络从20世纪80年代末开始，局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，整个网络发展成为以Internet为代表的互联网。
计算机网络就是将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。
由此可见现代计算机网络的基本目的是数据通信和资源共享。
根据各阶段网络的特征，看出要构成一个网络必涉及到3个方面的问题：
①至少两台计算机互联。
②通信设备与传输介质。
③网络软件、通信协议和网络操作系统（NOS）。
综述，计算机网络的发展，可分为两大阶段：
面向终端的网络；计算机－计算机的网络。
2．网络的分类
计算机网络分类方式多，但最常见的是以分布距离进行分类，根据距离，计算机网络分为局域网（LAN），城域网（MAN），广域网（WAN）
局域网指在有限的地理范围内构作的计算机网络，它是计算机硬件和传输介质的结合，典型特征是位于一个建筑物或一个单位内。
城域网是一种比局域网更大的网，覆盖范围通常一个城市，将一个城市的LAN互联。
广域网也称为远程网。
广域网将许多局域网连接在一起，这些局域网可能分布在各地，甚至地球的两端。
最常见的广域网有邮电部的CHINANET，CHINAPAC和CHINADDN网。
互联网（Internet）是指把世界上成千上万的计算机、局或网和广域网通过一定的通信方式连接起来的网络集合。
它不是一个网络，而是一个巨大的信息系统。
做一做
请看有关网络分类的相关内容，并上网查找一些相关的资料完成下表：
名称
距离
介质
地域
使用单位
规模
局域网
城域网
广域网
友情提示
互联网并不是一种具体的网络技术，它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。
知识窗
（1）局域网
局域网构作距离在几米至10Km以内。
局域网是小型机或微机大量推广后发展起来的，配置容易，速率高（一般可达1~100Mbit/s）。
（2）城域网
城域网构作距离在10~100Km内，传输率可达50~l00Kbit/s，在一座城市中构作的网络，对于现代的网络技术来说已经不局限于这个速度，高速的城域网可达2.5Gbit/s。
（3）广域网
广域网其构作距离在100Km以上，形式一般为租用专线，通过IMP和线路连接起来，构成网状结构，它解决了路由问题，速率达9.6Kbit/s~45Mbit/s。
二、考察局域网的组成
局域网是结构复杂程度最低的计算机网络。
它也是目前应用最广泛的一类网络。
通常局域网具有如下特征：
①网络所覆盖的地理范围比较小。
通常不超过10Km，甚至只在一幢建筑或一个房间内。
②信息的传输速率比较高,其范围通常为1~100Mbit/s。
③网络的经营权和管理权属于某个单位。
④支持传输介质种类多。
⑤通信处理一般由网卡完成。
⑥传输质量好，误码率低。
⑦有规则的拓扑结构。
做一做
观察下列局域网的拓扑结构图，请找出构成该网络的主要硬件设备
主要设备有：
做一做
组织学生对学校计算机实作室进行参观考察，并在教师的提示下要求学生记下看到的网络设备和认为是组成一个局域网的设备及资源（软、硬件）。
你看到的设备有：
（不认识的设备，请记下它的标牌）
序号
设备名称（标牌）
数量
1
2
3
4
5
6
由以上看到的情况得知，局域网的组成有：
①计算机及智能型外围设备，
②网络接口卡及电缆
③网络操作系统及有关软件
在参观中，你看到的计算机就作用而言有两种，工作站和服务器。
工作站就是一台PC机，它与服务器连接登录后，可以向服务器读取文件，它可以有自己的操作系统，能独立工作；通过运行工作站网络软件，访问服务器共享的资源。
服务器是一台为网络提供数据及资源的计算机。
其服务功能是运行网络操作系统，提供硬盘、文件数据及打印机共享等，是网络控制的核心，因此从配置到性能要求上都要高于其他计算机。
友情提示
在最早的计算机网络中有一种只有键盘和显示器（无处理程序能力）的设备，这种设备通常称之为终端机，它没有运行程序的能力。
最主要的原因是因为它没有CPU和内存，必须将所有的事交由主机处理。
但工作站不同，当工作站需要数据时可到文件服务器上获取，网络将所需数据传给工作站，并在工作站上直接运行程序。
做一做
在互联网上找一些关于工作站、服务器、终端机的介绍，并完成下表（若不能完全填写，请另外准备纸张）。
类型
网络中的作用
基本特性
使用的操作系统
图片
工作站
服务器
终端机
做一做
请仔细阅读本书内相关内容，并上网查找一些局域网特征的资料完成下表：
地理范围
传输速率
网络经营权
传输介质有哪些
传输质量
拓扑结构有哪些
三、考察局域网的种类
从目前网络架构方式看，局域网有2种类型。
●对等式网络
●工作站/服务器网络
请看下面对等网的典型结构图：
图中的计算机的地位是对等的，既可以是服务器，也可以是工作站，彼此可以直接访问数据、软件和其他网络资源。
当它访问其他计算机资源时他就是工作站，当其他计算机访问自身资源时，它就是服务器。
请看下面工作站/服务器网络图：
由图可以看出，在此网络中必须要至少有一台计算机作为专用服务器为其他工作站提供资源。
此结构适用于规模较大的网络，它与对等式网络有所不同，工作站彼此之间不能直接传输文件和资料，所有的文件传输和消息传送都必须通过服务器。
知识窗
对等网是局域网中最基本的一种。
采用这种方式，计算机的访问速度比较慢，但非常适合于小型的、任务轻的局域网，如应用于一些小型企业、办公室以及网吧等。
这样组网使用户间的资料能快速、方便地传递，省去了使用软盘的麻烦，而且不受资料大小的限制，极大的方便了用户，提高了工作效率。
它不需要服务器，所以成本低。
但是它不具备网络中的管理功能。
工作站/服务器网络常用于大、中型的局域网络。
用户往往将多数工作站要用的资源都存放到服务器上，当工作站需要时就通过网络将资源从服务器上传送到工作站，这样就实现了资源共享，并杜绝了资源的浪费。
同时工作站也是一台PC机，具有独立运算处理数据的能力，这样就分担了服务器的处理数据的压力。
无盘工作站是指一种基于专用服务器的网络结构。
其特点是工作站上没有软盘驱动器和硬盘驱动器，不能通过自身的操作系统来启动。
它是采用网卡上的自启动芯片与服务器相连接，通过服务器的远程启动服务来实现工作站的启动。
无盘工作站网络可以实现工作站/服务器网络的全部功能，而且它的稳定性和安全性都非常好。
工作站自身没有安装外部存贮器，所有的软件及资源都由服务器提供，因此，这种网络对服务器的并发处理能力要求较高。
做一做
请仔细阅读上面知识窗的相关内容，并上网查找一些相关的资料完成下表（请借用此表，另附纸张完成）：
对等网
工作站/服务器网络
无盘工作站网络
计算机所处角色
特点
适用场所
构建的难度
优点
缺点
任务二认识网络标准及通信协议
本任务中，你将通过3个层面认识网络标准及通信协议，即：
1．通过查询资料及咨询专家的方式了解网络标准化组织的相关情况。
2．通过结合现实生活中的实例来理解网络通信协议。
3．通过实例及类比的方法标识网络中的计算机。
一、了解网络标准化组织（ISO、IEEE、ARPA）
网络要能正常通信必须遵循一些通信的规则，这些规则是由某些团体所制定的，这就象现代化交通一样，为了保证正常的交通秩序，必须制定现代化的交通法规，制定这样法规的部门和团体就是国家交通部。
最主要的团体有3个，即ISO、IEEE、ARPA。
知识窗
ISO（InternationalOrganizationforStandardization）即国际标准化组织，是世界上最为著名的国际组织之一，同时也是一个制定国际标准的专业机构。
它负责制定包括多个网络标准在内的所有标准，其最著名的贡献就是OSI参考模型和OSI协议簇的开发。
它主要由美国国家标准化协会（ANSI，AmericanNationalStandardsInstitute）和其他国家的国家标准组织代表所组成。
IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）即电气与电子工程师协会，是目前世界上最大的专业组织之一。
IEEE是一个制定网络和其他标准的专业机构，其开发制定的LAN标准IEEE802.3和IEEE802.5目前已被广泛使用。
ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）即美国国防部高级研究计划局，该组织是由美国国防部所成立的，它主要的成果就是实现了网络间的互联，成功开发了TCP/IP协议。
做一做
请阅读上面的有关网络标准化组织的知识窗或查询网络相关资料，完成下表：
ISO
IEEE
ARPA
英文缩写
中文全称
卓越成就
组织成员
所在国家
成立时间
涉及领域
二、认识网络通信协议（OSI七层协议、IEEE802、TCP/IP、IPV6、NetBEUI）
网络通信协议就是网络设备进行正常通信的一套规则，这套规则可以理解为一种彼此都能听得懂的公用语言。
它是网络中设备以何种方式交换信息的一系列规定的组合，它对信息交换的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等许多参数做出定义。
做一做
将网络通信协议与交通规则进行类比理解通信协议中的有关术语，如：
交通规则中规定车辆应靠右行驶，而通信规则中规定按不同频率和信道传输信息。
将类似概念进行连线。
车辆应靠右行驶
不同频率和信道传输信息
红绿灯
信息交换的速率
车辆牌照分A、B、C等类
传输代码
出交通事故后的处理原则
代码结构
不同车辆有不同车牌号
传输控制
公路中车辆限速
出错控制
1．OSI通信协议
由ISO组织于1983年颁布的，计算机网络系统采用了ISO提供的开放系统互联的参考模型。
OSI模型采用了7个功能层次描述网络的结构，如图：
由图可以看出，不同网络设备工作于不同的网络层中。
2．IEEE通信协议
由IEEE802委员会制定，把数据链路层分成了2个子层，即逻辑链路控制层（LLC）和介质访问控制层（MAC）。
IEEE802标准又分很多种，其具体分类及用途如下：
802.3标准：
Ethernet（以太网）网络
802.5标准：
Token-Ring（令牌环）网络
802.6标准：
MAN城域网
802.7标准：
宽带局域网
802.8标准：
光纤传输
802.9标准：
集成语音与IEEE802.x标准结构LAN界面
802.10标准：
网络安全
802.11标准：
无线局域网
3．TCP/IP通信标准
TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）是目前世界上应用最为广泛的协议。
它是计算机网络中的一个通用协议，具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。
最早出现在Unix系统，现Internet通信就使用此协议。
在Internet上有千百万台主机，为了区分这些主机，人们给每台主机都分配了一个专门的地址，称为IP地址。
IP地址由两部分组成，即网络部分+主机部分。
通过IP地址就可以访问到每一台主机。
IP地址由4部分数字组成，每部分数字对应于8位二进制数字，各部分之间用小数点分开。
如某一台主机的IP地址为：
211.152.65.112，IP地址由NIC（InternetNetworkInformationCenter）统一负责全球地址的规划、管理；同时由InterNIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其它地区的IP地址分配。
固定IP：
固定IP地址是长期固定分配给一台计算机使用的IP地址，一般是特殊的服务器才拥有固定IP地址。
动态IP：
因为IP地址资源非常短缺，通过电话拨号上网或普通宽带上网用户一般不具备固定IP地址，而是由ISP动态分配暂时的一个IP地址。
普通人一般不需要去了解动态IP地址，这些都是计算机系统自动完成的。
公有地址（Publicaddress）由InterNIC（InternetNetworkInformationCenter因特网信息中心）负责。
这些IP地址分配给注册并向InterNIC提出申请的组织机构。
通过它直接访问因特网。
私有地址（Privateaddress）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。
以下列出留用的内部私有地址
A类10.0.0.0—10.255.255.255
B类172.16.0.0—172.31.255.255
C类192.168.0.0—192.168.255.255
知识窗
IP地址分类
由于网络中包含的计算机有可能不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是人们按照网络规模的大小，把32位地址信息设成三种定位的划分方式，这三种划分方法分别对应于A类、B类、C类IP地址。
A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。
如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。
A类IP地址中网络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。
B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码，剩下的两段号码为本地计算机的号码。
如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。
B类IP地址中网络的标识长度为14位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。
C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。
如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由３字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。
C类IP地址中网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。
除了上面三种类型的IP地址外，还有几种特殊类型的IP地址，TCP/IP协议规定，凡IP地址中的第一个字节以“lll0”开始的地址都叫多点广播地址。
因此，任何第一个字节大于223小于240的IP地址是多点广播地址；IP地址中的每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255.255.255.255”）是当前子网的广播地址；IP地址中凡是以“llll0”的地址都留着将来作为特殊用途使用；IP地址中不能以十进制“127”作为开头，27.1.1.1用于回路测试，同时网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。
子网掩码
子网掩码是用一个32位IP地址的形式表示，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。
定义子网掩码的步骤为：
A、确定哪些组地址归我们使用。
比如我们申请到的网络号为 “210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73”，主机标识为“a.b”。
B、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。
比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。
用第三个字节的前四位确定子网掩码。
前四位都置为“1”，即第三个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。
C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：
“11111111.11111111.11110000.00000000”
D、把这个数转化为间断十进制形式为：
“255.255.240.0” ，这个数为该网络的子网掩码。
IP的其他事项
1.一般国际互联网信息中心在分配IP地址时是按照网络来分配的，因此只有说到网络地址时才能使用A类、B类、C类的说法；
2.在分配网络地址时，网络标识是固定的，而计算机标识是可以在一定范围内变化的，下面是三类网络地址的组成形式：
A类地址：
73.0.0.0
B类地址：
160.153.0.0
C类地址：
210.73.140.0
上述中的每个0均可以在0~255之间进行变化。
3.因为IP地址的前三位数字已决定了一个IP地址是属于何种类型的网络，所以A类网络地址将无法再分成B类IP地址，B类IP地址也不能再分成C类IP地址。
4.在谈到某一特定的计算机IP地址时不宜使用A类、B类、C类的说法，但可以说主机地址是属于哪一个A类、B类、C类网络了。
做一做
请仔细阅读上面的知识窗，或上网找一找相关IP地址的内容，将下面的表格补充完整。
关于A、B、C类IP地址的范围：
地址类
第一个8位数的格式
地址范围
A类
B类
C类
110XXXXX
192-223
特殊IP地址用途：
网络部分
主机部分
地址类型
用途
任意
全“0”
网络地址
代表一个网段
任意
全“1”
特定网段的所有节点
127
任意
全“0”
所有网络
全“1”
本网段所有节点
子网掩码的作用就是确定IP地址中哪一部分是网络ID，哪一部分为主机ID，它是32位的二进制数，由连续的“1”和连续的“0”组成。
其中A、B、C类都有自己缺省的子网掩码，它们应当是：
网络类型
子网掩码
A类
255.0.0.0
B类
C类
3．标识网络中的计算机
网络中的计算机就与我们现实生活中的人一样，每一个人都有自己的姓名，这样方便寻找与称呼，但与姓名不同的是，同一个网络中的计算机名称不能相同，否则，网络将无法识别这些计算机，导致无法正常工作。
标识网络中的计算机同样可以使用名称来表示，为计算机设置一个方便记忆的名称是一个好习惯。
另一方面，生活在一起的学生为了方便管理，会为每一个人安排一个学号，有时称呼学号也能找到，网络中的计算机也可为其进行编号，这个编号我们通常就使用IP地址。
做一做
请观察教师的演示（为计算机命名），再根据下图的提示，将计算机命名步骤写下来（以WindowsXP为例）：
第1步：
第2步：
第3步：
第4步：
标识网络中的计算机，为计算机设置一个方便记忆的名称是一个好习惯。
在学校，为了方便管理，会为每个学生安排一个学号，有时称呼学号也能找到这个学生。
网络中的计算机也可为其安排一个编码，IP地址就是这种编码。
做一做
请观察教师的演示（为计算机设置IP地址），然后将命名步骤写下来（以WindowsXP为例）：
第1步：
第2步：
第3步：
第4步：
在配置计算机IP地址的时候，以上的操作过程是最典型的，其实我们还可以通过其他的方法来完成IP地址的配置，请与自己周围的同学讨论一下，还有哪些方法来配置呢？
将这些方法写在下面，并上机进行验证。
友情提示
①在服务器上或XP工作站上设置IP地址必须以管理员的身份登录。
②可以配置TCP/IP协议使计算机自动获取IP地址，这常用于客户计算机，而网络中的服务器一般使用静态IP地址。
关于自动获取IP地址的配置方法请参见模块四的任务一中的内容。
③系统为你输入的主机IP地址，自动设置该类IP地址的默认子网掩码。
如果你的网络划分了子网，你才需要人工输入相应的子网掩码。
关于子网划分请参见配套光盘上的相关资源。
④如果你的计算机不需访问所在网络以外的网络，就不需要配置“默认网关”的IP地址。
任务三认识数据通信技术
计算机网络是计算机技术与
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